宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据是测量(liàng)各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的(de)结(jié)果却让人感(gǎn)到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效应(yīng)将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在(zài)星(xīng)系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多(duō)不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观(guān)测(cè)到了(le)某种信号(hào)。经过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人(rén)们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银(yín)河眉飞色舞是什么生肖 眉飞色舞是神态描写吗系的(de)方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了(le)。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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